毕业设计基于单片机公交车语音报站器设计

本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：基于单片机公交车语音报站器设计学 院： 专 业： 电子信息工程 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2010 年 5 月 15 日贵州大学本科毕业论文（设计）贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 页目 录摘要 IIIABSTRACTIV前言 1第一章 语音报站器设计的意义及任务 21.1 语音报站器设计的意义21.2 设计任务2第二章 系统的硬件设计和方案对比选择 32.1 系统设计结构图32.2 系统设计方案对比选择32.2.1 MCU 微处理控制器的方案对比选择 32.2.2 LCD 液晶显示模块的方案对比选择 32.2.3 语音芯片的方案对比选择 42.2.4 实时时钟电路的方案对比选择 52.2.5 串口部分的方案选择 5第三章 系统的硬件设计电路及元件说明 73.1 MCU 微控制器电路73.2 LCD 液晶显示电路 93.3 语音芯片电路123.3.1 ISD2590 引脚的说明143.3.2 ISD2590 的操作模式说明如下163.4 功放电路163.5 串口部分173.6 按键控制173.7 实时时钟电路17贵州大学本科毕业论文(设计) 第 I 页3.8 存储器电路183.9 复位电路183.10 晶振电路193.11 系统电源供电电路19第四章 系统的软件设计 204.1 中断服务程序204.2 录音/放音控制程序214.3 主程序设计22第五章 系统的制作、焊接与调试 235.1 系统的制作235.2 系统的焊接235.3 系统的调试23设计总结 25参考文献 26致谢 27附录 28附录一 系统的主程序清单 28附录二 基于单片机公交车语音报站器设计的原理图 34附录三 基于单片机公交车语音报站器设计的 PCB 图35附录四 基于单片机公交车语音报站器设计的元器件清单 36附录五 基于单片机公交车语音报站器设计的实物图 37附录六 基于单片机公交车语音报站器设计的使用说明 38贵州大学本科毕业论文(设计) 第 II 页基于单片机公交车语音报站器设计摘要根据 AT89S52 单片机的特点和公交车报站的特点，本文提出了一种用单片机控制语音芯片进行公交车语音模拟报站的方法，同时给出了软硬件设计的方法，设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面。本系统硬件利用 AT89S52 作为 CPU进行总体控制，通过 ISD2590P 语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用 LM386 功放播出语音信息以及提示语音，同时运用LCD 液晶显示器进行站数显示。当公交车到达某站点，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音信息和提示，LCD 液晶显示器同时显示时间、年、月、日、星期信息。时间采用实时时钟芯片 DS1302 来获取信息，通过手动键盘，识别语音播放地址，驱动扬声器播放相应站名。该公交车报站器结构简单，使用灵活，功能稳定，音质自然、清晰，无论对于社会或者科研都有一定的研究价值。关键词：公交车，液晶显示器，单片机，语音芯片贵州大学本科毕业论文(设计) 第 III 页The design of bus station-voice reported were based on the MCUAbstractAccording to the characteristics of the AT89S52 microcontroller and the characteristics of bus-stop, this paper, a voice chip with a microprocessor controlled voice synthesizer reported the bus station, and gives the hardware and software design methods, design process, including hardware design and two aspects of software programming. The system hardware using AT89S52 as the CPU for overall control, the establishment by ISD2590 voice chip voice information database, and a free combination of voice information to form a diverse voice message, voice message broadcast using LM386 amplifier and voice prompts, while the use of LCD (liquid crystal display) to station number displayed. When the bus reaches a site, use the keyboard to control the system work, the output voice information through voice circuits and tips, LCD simultaneously shows time, year, month, day, week Information, real time clock chip DS1302 used to obtain time information by manual keyboard, voice broadcast address recognition, driving speaker broadcast station name. The bus-stop device structure is simple, flexible, functional stability, and sound natural, clearly, regardless of social or scientific research has some value. Keywords：Bus, LCD, MCU, Voice Chip贵州大学本科毕业论文(设计) 第 0 页前言随着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它代表了一个城市交通发展的水平。现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客带来了方便。随着电子技术的不断发展，单片机技术的日益成熟，和多媒体技术的普遍应用，使得公交车语音报站器服务更加完善。本设计结合单片机的特点和公交车报站器的特点，提出了一种基于单片机 AT89S52 来控制语音芯片 ISD2590 进行公交车语音报站，并通过 LCD1602 来显示当前实时情况。本设计的论文包括硬件电路设计和软件程序设计两个方面，其中前者主要在第三章中重点叙述，后者在第四章中叙述。在本设计论文的结尾，分别附有与本设计相关的资料，包括设计系统主程序，系统原理图，系统 PCB 图，系统元件清单，系统实物图及系统使用说明。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 1 页第一章 语音报站器设计的意义及任务1.1 语音报站器设计的意义随着我国城市建设的发展，对城市服务行业的服务质量要求也越来越高。公交车作为市民出行的主要交通工具，已经被越来越多的市民所熟悉，公交车服务质量它代表了一个城市交通发展的水平。现如今由售票员人工售票，报站的公交车已经基本没有了，无人售票公交车在街头逐渐多起来了，语音报站器也被广泛使用，这在相当大的程度上免除了乘务人员沿途报站的麻烦，给许多不熟悉公交线路的乘客出行带来了方便。1.2 设计任务本设计结合单片机的特点和公交车报站器的特点，提出了一种基于单片机AT89S52 来控制语音芯片 ISD2590 进行公交车语音报站，并通过 LCD1602 来显示当前实时情况。设计过程中包括硬件电路设计和软件程序编写两个方面。本系统硬件利用 AT89S52 作为 CPU 进行总体控制，通过 ISD2590 语音芯片建立语音信息库，对语音信息进行自由组合，形成变化多样的语音信息，利用 LM386 功放播出站号语音信息以及提示语音信息，同时运用 LCD 液晶显示器进行相应站好显示。当公交车到达某站点时，用键盘控制本系统工作，通过语音电路输出语音信息和提示，LCD液晶显示器同时显示时间、年、月、日、星期信息，时间采用实时时钟芯片 DS1302来获取时间，通过手动键盘，识别语音播放地址，驱动扬声器播放站名。该公交车报站器设计结构简单，使用灵活，功能稳定，音质自然、清晰，无论对于社会或者科研也有一定的研究价值。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 2 页第二章 系统的硬件设计和方案对比选择 本章重点主要是从系统结构图来阐述了硬件的设计以及从方案上对比选择各个电路部分的元件，目的是使系统达到一个低成本、高质量、稳定可靠的设计。2.1 系统设计结构图根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。如图 2.1 所示。硬件电路主要由 MCU 微处理控制器单元、LCD 液晶显示模块、语音芯片、功放、按键控制、实时时钟电路、晶振电路、串口部分等电路组成。图 2.1 系统结构设计图2.2 系统设计方案对比选择根据设计要求，结合实际情况和设计成本要求，对系统主要部分的电路方案叙述如下。2.2.1 MCU 微处理控制器的方案对比选择方案一：MCU 微处理控制器的种类很多，有 ATMEL 公司生产的 AT89SXX 系列单片机，其中有 8 位的单片机，也有 16 位的单片机。AT89S52 为 8 位的单片机，它是一种低损耗、高性能的 CMOS 微处理器，片内有 8K 字节的存储空间，128 字节 RAM、4 个 8 位并口、1 个全双工串行口、2 个 16 位定时/计数器，寻址范围64K。并且可以在线进行重复编程、快速擦除、快速写入程序，能重复擦除 / 写入1000 次左右，数据保存时间为十年。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 3 页方案二：微处理控制器也有凌阳公司生产的，同样有 8 位的 CPU 和 16 位的CPU。它也有很多特点，比如：体积小 、集成度高、可靠性好、易于扩展；具有较强的中断处理能力；功能强、效率高的指令系统及低功耗、低电压。但是其应用领域主要是为控制处理数据处理以及数字信号处理等领域，其中凌阳的 16 位单片机就是为适应这种发展而设计的。综上所述，在本设计中，考虑到本人对单片机的运用熟练度和单片机的功能领域，选择 ATMEL 公司生产的 AT89S52 单片机作为本设计的微控制器。2.2.2 LCD 液晶显示模块的方案对比选择方案一：显示的方法有很多种，其中 LED 数码管是常用的一种显示方法。在这个设计中，可以用 LED 数码管来显示相应站台的站号，提醒司机知道是去向或者是回向的第几站，让司机心里有数，同时增加显示数字的可读性。该设计中，显示站号至少要 2 个 LED 数码管，显示时间信息要 12 个，显示星期信息要 1 个，总共需要 15 个 LED 数码管。单价是 1.2 元，那 15 个共需要 151.2=18（元）。另外在PCB 布线过程中很困难，给设计带来很不方便的使用。方案二：LCD1602 液晶显示器是一块价廉物美的器件，其体积小，控制简单，使用方便。它能显示 2 行 16 列的数字或英文信息，另外连接它的线很少，只要 8 根数据线和 3 根控制线，这样给使用带来很大的方便，节约单片机 I/O 口。市场上一块 LCD1602 的价格也只在 15 元左右，比数码管便宜。方案三：功能强大、可以显示中文文字的 LCD12864 液晶显示器，其价格贵，体积大，控制比 LCD1602 稍微复杂点，但是使用也是很方便的。在控制使用上，需要 8 根数据线和 3 根控制线，其余的 PSB、和 BLA 直接与 VCC 相连接。但是RST在本设计中使用它的性价比不高，体积大，占用覆铜板面积大，而且笨拙。综上所述，在 LCD 液晶显示模块上，选择方案二中的 LCD1602 液晶显示器作为本设计的显示模块。显示时间、星期、去向或者是回向的站号信息，方便司机读取其上面的信息知道目前的实时情况。2.2.3 语音芯片的方案对比选择方案一：台湾公司生产的 APR9600 语音录放芯片，是采用模拟存储技术的一款音质好、低噪音、不怕断电、可反复录放的新型语音芯片，单片可录放 32-60 秒，串行控制时可分 256 段以上，并行控制时最大可分 8 段。与 ISD 同类芯片相比它具贵州大学本科毕业论文(设计) 第 4 页有：价格便宜，有多种手动控制方式，分段管理方便、多段控制时电路简单、采样速度及录放音时间可调、每个单键均有开始停止循环多种功能等特点，同时保留了ISD2500 芯片的一些特点，都是 DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同。方案二：美国 ISD 公司生产的 ISD2500 系列芯片，按录放时间 60 秒、75 秒、90 秒和 120 秒可分成 ISD2560、2575、2590 和 25120 四种。ISD2500 系列语音电路具有抗断电、音质好，使用方便以及使用语音还原技术和自动静噪功能强等优点。它的最大特点在于片内有 E2PROM 容量为 480K 的存储空间，所以录放时间长；同时由于 E2PROM 可以电擦除，所以次芯片可以随录、随放，任意改写或删除，不需专用的语言固化开发系统进行编程和烧录；重复录音次数为 1 万次以上，录放的信息可以保存 l0 年以上，断电后信息不会丢失。它有 10 个地址输入端，寻址能力可达 1024 位；最多能分 600 段；设有 OVF（溢出）端，便于多个器件级联。综上所述，结合本设计的需要及控制情况，选择方案二最好。台湾公司生产的APR9600 语音录放芯片和美国 ISD 公司的 ISD2590 语音录放芯片相比，相同点都是DIP28 双列直插塑料封装，在管脚排列上也基本相同，+5V 电源供电，可以不加功放直接外接驱动扬声器。但是不同点是 ISD2590 的录放时间为 90s，在本设计中需要录音时间长点的，利于每个站台的录音和报站；另外，在控制上，ISD2590 可以直接通过地址的方式查询录音信息并通过扬声器报放录音信息；最后也是最重要的，ISD2590 具有录音结束标志，当录音结束后，单片机可以通过读取该标志产生EOM中断信号，使、PD 置高电平，从而控制 ISD2590 进入不工作节能状态。CE2.2.4 实时时钟电路的方案对比选择方案一：DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM的实时时钟电路芯片，它可以对年、月、日、星期、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。DS1302 内部有一个318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 是有主电源/后背电源双电源引脚，可以同时对后背电源进行涓细电流充电。方案二：DS12887 也是是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的串行接口实时时钟芯片，采用 CMOS 技术制成，内部具有晶振和时钟芯片备份锂电池。采用贵州大学本科毕业论文(设计) 第 5 页DS12887 芯片设计的时钟电路无需任何外围电路和器件，并具有良好的微机接口。DS12887 芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟系统中。但是由于它是串行接口的，外接单片机需要接很多引脚，才能对它达到一个很好的控制。综上所述，结合本设计的实际问题及单片机的 I/O 口线，选择方案一中的DS1302 作为本设计的实时时钟电路的芯片。其控制方便、占单片机 I/O 口线少、体积小、价格便宜，方便本设计的使用。2.2.5 串口部分的方案选择 AT89S52 单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。但是进行串行通讯时需要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS-232 电平的，而单片机的串口是 TTL 电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，在本设计中采用了专用芯片 MAX232 进行电平转换，它是美信公司专门为电脑的 RS-232 标准串口芯片设计的接口电路芯片，使用+5V 单电源供电。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 6 页第三章 系统的硬件设计电路及元件说明本章根据系统设计结构图来对每个部分的电路进行分析和说明，重点讲述微控制器 AT89S52、语音芯片 ISD2590、液晶显示模块 LCD1602、实时时钟芯片DS1302 和串口部分的 MAX232 芯片。该系统中 AT89S52 是核心器件，系统的设计原理图如附录二所示。3.1 MCU 微控制器电路AT89S52 的塑封图如图 3.1 所示，它为 DIP40 双列直插塑料封装。AT89S52 作为系统的核心控制元件，只有它能正常工作后才能使其它的元件进入正常工作状态。因此，下面对 AT89S52 进行必要的说明，AT89S52 的管脚如图 3.2 所示。图 3.1 AT89S52 的塑封图 图 3.2 AT89S52 的管脚图1）VCC：40 脚，供电电压，一般接+5V 电压。2）GND：20 脚，接工作地。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 7 页3）P0 口：18 脚，P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。在这种模式下，P0 具有内部上电阻。但是 P0 口在程序校验作为输出指令字节时，需要外部加上拉电阻，一般上拉电阻选 4.7K10K 为宜。本设计中用 5.1K 的排阻对 P0 口进行上拉电平。4）P1 口：3239 脚，P1 口是一个内部具有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4 个 TTL 门电流。P1 端口写入“1”后，被内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为作输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。5）P2 口：2027 脚，P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。6）P3 口：1017 脚，P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P3 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。7）RESET：9 脚，复位输入端。当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。8）：30 脚，当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存PALE /地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于系统校验。9）PSEN：29 脚，外部程序存储器的选通信号。10）：31 脚，访问外部程序存储器控制信号。当为低电平时，读取VPRST /EA外部程序存储器；当端为高电平时，则读取内部程序存储器，设计中一般接高电EA平。11）XTAL1：19 脚，振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。如采用外部时钟源时，XTAL1 为输入端。12）XTAL2：18 脚，振荡器反相放大器的输出端。如采用外部时钟源时，XTAL2 应悬空不接。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 8 页3.2 LCD 液晶显示电路 液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在各种小系统中得到了更广泛的应用。本设计中使用的液晶显示模块是 LCD1602。图3.3 所示为本设计 LCD1602 的连接图。图 3.3 LCD1602 的连接图LCD1602 是一种用 5x7 点阵图形来显示字符的液晶显示器模块，它显示的容量为 2 行 16 个字。其实物如图 3.4 和图 3.5 所示，它的显示内容丰富、体积小、美观和易于控制都是本设计选择作为显示模块的原因。其引脚结构图如图 3.6 所示。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 9 页图 3.4 LCD1602 正面图图 3.5 LCD1602 反面图图 3.6 LCD1602 引脚结构图关于 LCD1602 的引脚说明如下：1）第 1 脚：GND 为地电源。2）第 2 脚：VCC 接+5V 电源。3）第 3 脚：VEE 为液晶显示器对比度调整端。接+5V 电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的精密电位器调整对比度，一般对比电压为 0.7V 左右。4）第 4 脚：RS 为寄存器选择。高电平时选择数据寄存器，否则选择指令寄存器。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 10 页5）第 5 脚：为读写信号线。高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。RW当 RS 和共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平为高RWRW电平时可以读出忙信号，当 RS 为高电平为低电平时可以写入数据。RW6）第 6 脚：E 端为使能端。当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。7）第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。 8）第 15 脚：背光灯 VCC，一般直接和+5V 电源相连接。9）第 16 脚：背光灯 GND。 LCD1602 液晶模块内部的字符发生存储器已经存储了 160 个不同的点阵字符图形，这些字符图有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。 LCD1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3.1 所示。表 3.1 控制指令表指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清显示0000000001光标返回000000001*置输入模式00000001I/DS显示开/关控制0000001DCB光标或字符移位000001S/CR/L*置功能00001DLNF*置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址（ADD）读忙标志或地址01BF计数器地址（AC）写数到 CGRAMD 或 DRAM10要写的数从 CGRAMD 或 DRAM 读数11读出的数据贵州大学本科毕业论文(设计) 第 11 页它的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的（说明：1 为高电平，0 为低电平）。指令 1：清显示，指令码 01H，光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H 。指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 。S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效 。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标。 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁 。指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线。 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示。 F：低电平时显示 5X7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线，低电平时为 4 位总线）。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置 。指令 8：DDRAM 地址设置 。指令 9：读出忙信号和光标地址。 BF 为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙，模块就能接收相应的命令或者数据。指令 10：写数据 。指令 11：读数据 。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志位是不是为低电平，是低电平则表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符。表 3.2 为 LCD1602 的内部显示地址。表 3.2 LCD1602 的内部显示地址贵州大学本科毕业论文(设计) 第 12 页3.3 语音芯片电路在本设计中，使用的语音芯片是美国 ISD 公司生产的 ISD2590 语音录放芯片，芯片采用 E2PROM 存储方法，将模拟语音数据直接写入半导体存储单元中，片内含振荡器、话筒前置放大器、自动增益控制、防混淆滤波器、平滑滤波器、扬声器驱动，不需另加 A/D 或 D/A 变换来存放或重放。该器件具有多段信息处理功能、低功耗、单片存放、连续录放、10 万次反复录音周期、音质真实自然、使用方便、在掉电状态下可以保存信息 100 年等许多特点。因此，作为目前国内外较为理想的语音芯片，在许多领域获得了广泛的应用；这也是本设计使用该芯片的原因。ISD2590内部结构框图如图 3.7 所示，图 3.8 为本设计中的电路连接图。图 3.7 ISD2590 内部结构框图贵州大学本科毕业论文(设计) 第 13 页图 3.8 本设计中 ISD2590 的连接图贵州大学本科毕业论文(设计) 第 14 页3.3.1 ISD2590 引脚的说明ISD2590 的塑封图如图 3.9 所示，对其引脚的说明如下：图 3.9 ISD2590的塑封图1）模拟、数字电源（VCCA、VCCD）使用不同的电源总线，分别引到外封装上，尽可能在靠近供电端相连，去耦电容应尽量靠近芯片。2）数字和模拟地线（VSSA，VSSD）使用不同的地线，这两脚最好在引脚焊盘上相连。3）节电控制端（PD）高电平使芯片停止工作，进入不耗电的节电状态。当芯片发生溢出，即该端输出低电平后，要将 PD 端短暂变高复位芯片，才能使之再次节电工作。4）片选端（）变为低电平后（而且 PD 为低电平），才允许进行录放操作。CE芯片在 端的下降沿锁存地直线和端的状态。CERP/5）录放模式（）状态在 的下降沿被锁存。高电平选择放音，低电平选RP/CE择录音。录音时，地址线的输入作为起始地址，录音持续到CE（或 PD）变高或内存溢出为止。如果录音过程被 PD 或CE 端的高电平中止时，当前地址中会自动存入一个信息结束标志（）。放音时，地址线的输入作为起始地址，放音过程将EOM持续进行，直到检测到标志。如果 一直为低电平或芯片工作在某些操作EOMCE模式，放音会忽略 ，继续进行下去。EOM6）信息结尾标志（）在录音时由芯片自动插入到该信息的结尾。放音遇EOM到 时输出低电平脉冲。EOM贵州大学本科毕业论文(设计) 第 15 页7）溢出标志（），芯片处于存储空间末尾时 端输出低电平脉冲表示OVFOVF溢出，之后其端状态跟随CE 端的状态，直到 PD 端变高。该端还可用于级联扩展。8）话筒输入端（MIC）连至片内前置放大器。前置放大器的增益范围是- 1524dB，由片内自动增益控制电路控制。需注意的是麦克风信号应通过电容交流耦合至 MIC 引脚。9）话筒参考端（MIC REF）是前置放大器的反向输入。当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。10）片内自动增溢控制电路（AGC），能动态地调节前置放大器的增益，将增益控制在- 15 至 24dB 以适应麦克风信号大范围地波动。外接话筒应通过串联电容耦合到此端。一般情况下，AGC 引脚通过一个外接的 470K 电阻，并联一个4.7F 电容接至 VSSA 端，即可得到满意的效果。响应时间取决于该端输入阻抗外接对地电容的时间常数。11）模拟输出端(ANA OUT)。前置放大器的输出前置电压增益取决于 AGC 电平。12）模拟输入端(ANA IN )为芯片录音信号输出，对话筒输入来说 ANA OUT 端应通过外接电容连至该端，电容和该端的 3K 输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率，其它音源可通过交流耦合直接连至 ANA IN 端(绕过了 TER 的前置)。13）喇叭输出端（SP+、SP-）。对输出端级驱动 16 以上的喇叭（内存放音功率为 12.2mW，AUX IN 放音时功率为 50 mW），单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容，而双端输出既不用电容又不能将功率提高至 4 倍。录音和节电模式下，它们保持为低电平。注意，多个芯片的喇叭输出端绝对不能并联，否则可能损坏芯片，不用的喇叭输出端不能接地。14）辅助输入端(AUX IN)。当和为高，放音不进行或处入放音溢出状CERP/态时，该端的输入信号过内部功放驱动喇叭输出端；当多个芯片级联时，后级的喇叭输出通过该端连接到本级的输出放大器。为防止噪声,在放内存信息时，辅助输入端最好不要有驱动信号。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 16 页15）外部时钟端(XCLK)。内部有下拉元件，不用时应接地。芯片内部的采样时钟在出厂前已调节器校，误差地+1%内。由于内部的防混淆及增滑滤波器已设定，故上述时钟频率不应改精细。输入时钟的占空比无关紧要，因内部首先进行了分频处理。16）地址/ 模式输入端（AX/MX）。这些引脚具有两种功能，取决于最高两位（MSB，和 MSA，即 A8 和 A9）的状态。当最高两位不全为高电平时，这些引脚均作为地址信号，在的下降沿锁存，指向录音/ 放音的起始地址；当最高两位全CE为高电平时，这些引脚作为工作模式使用，决定芯片的工作模式。3.3.2 ISD2590 的操作模式说明如下ISD2590 内置了若干操作模式，可用最少的外围器件实现最多的功能。操作模式也由地址端控制；当最高两位地址(MSB)A8、A9 都为“1” 时，地址端就作为操作模式选择端(高电平有效)，其工作模式如表 3.3 所示。因此操作模式和直接寻址相互排斥，操作模式可由微控制器，也可由硬件实现。所以使用操作模式有两点要注意：表 3.3 ISD2590 的操作模式模式控制功能典型应用可组合使用的模式A1/M1信息检索快速信息检索M4、M5、M6A2/M2删除标志EOM语音录放结束时，放标志EOMM3、M4、M5、M6A3/M3循环放音从 0 地址开始连续放音M1、M5、M6A4/M4连续寻址可录放连续的多段信息M0、M1、M5A5/M5电平触发CE允许暂停M0、M1、M3、M4A6/M6按钮控制简化器件接口M0、M1、M31）所有操作最初都是从 0 地址，即存储空间的起始端开始。后续操作根据选用的模式可从其他地址开始。但是电路由录音转为放音、由放音转为音录时（M6 模式除外），或执行了掉电周期后，地址计数器复位为 0。2）当变低，最高两地址位同高时，执行操作模式。这种操作模式一直有效，CE除非再次由高变低，芯片重新锁存当前的地址/ 模式端电平，然后执行相应操作。CE贵州大学本科毕业论文(设计) 第 17 页3.4 功放电路在本设计中，使用了外接功放块 LM386 的方法来提高功率，在 ISD2590 的 14脚（SP+）处接一个 6C2 瓷片电容，将音频信号耦合至电位器 6R1，通过调节电位器的中心抽头位置来改变输入给 LM386 的信号强度，从而控制了扬声器的音量大小。LM386 是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为 20。但在 1 脚和 8 脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值。本设计中使用+5V（VCC）电源电压供电，电路连接图如图 3.10 所示，图中采用的是增益为 200 dB 的接法。3.5 串口部分本设计中单片机和 PC 机之间通信的电平转换采用 MAX232 芯片来实现。由于单片机是 TTL 电平，PC 机是标准的 RS-232 正负逻辑状态，所以它们之间只有经过相互转换之后才能互相连接。RS-232 标准是美国 EIA 和 BELL 公 图 3.10 增益为 200dB 的电路司一起开发的一种通信协议，它适合于传输速率在 020000bit/s 范围内的通信。本设计中 MAX232 的引脚图如图 3.11 所示，连接图如图 3.12 所示。其主要分为 5 个部分。1）外接电容：外接有 5 个 0.1F 瓷片电容，作用是对电压的匹配和电源的去耦。2）TTL 的输入：两路 TTL 电平的输入引脚（10 脚和 11 脚），连接单片机的 TXD 输出端口。3）TTL 的输出：两路 TTL 电平的输出引脚（9 脚和 12 脚），连接单片机的 RXD 输出端口。 4）RS-232 的输入：两路 RS-232 逻辑电压的 图 3.11 MAX232 的引脚图 贵州大学本科毕业论文(设计) 第 18 页输入引脚（8 脚和 13 脚），连接 RS-232 的 TXD输出端口。5）RS-232 的输出：两路 RS-232 逻辑电压的输出引脚（7 脚和 14 脚），连接 RS-232 的 TXD输出端口。 图 3.12 串口部分连接图 3.6 按键控制本设计使用简单的独立式按键来控制报站信息，同时通过设置系统在不同的功能下让单个按键的功能也跟随不同，及按键复用功能，这使系统使用起来很方便，设计新颖。如图3.13 所示，8S2 为一个单刀双掷开关，分别控制去向和回向状态。 图 3.13 系统的按键控制图3.7 实时时钟电路本设计使用的实时时钟电路芯片是美国 DALLAS 公司生产的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路芯片 DS1302，其引脚如图 3.14 所示。VCC1为后备电源，VCC2为主电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 VCC1或 VCC2两者中的较大 者供电；当 VCC2大于 VCC10.2V 时，VCC2给 DS1302 供电；当 VCC2小于 VCC1时，DS1302 由 VCC1供电。X1 和 X2 是振荡源，外接 32.768kHz 晶振。是复位/片选线，通过把RST输 入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 图RST3.14 DS1302 引脚图贵州大学本科毕业论文(设计) 第 19 页输入有两种功能。首先，接通控RSTRST制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，提供终止单字节或多字节数据的传RST送手段。当为高电平时，所有的数据传送RST被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中置为低电平，则会终止此次数RST据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时在Vcc2.5V 之前，必须保持低电平。只有RST在 SCLK 为低电平时，才能将置为高电平。I/O 图 3.15 DS1302 电路连接RST图为串行数据输入输出端(双向)，SCLK 始终是输入端。本设计入端。本设计连接图如图 3.15 所示，其中 2C2 和 2C3 起微调晶振的作用。 3.8 存储器电路 本设计选择 ATMEL 公司生产的 AT24C02 作为外部存储器.单片机内部存储空间不够时，可以转用该存储器存储用户想要运行的程序，通过单片机和存储器之间的 I2C 传输给单片机。其管脚图如图3.16 所示，连接图如图 3.17 所示，其管脚名称及功能如下：1）A0、A1、A2：器件地址选择。一般使用一 图3.16 AT24C02的管脚图个器件时都接地。 2）SDA：串行数据/地址。双向串行数据/地址管脚用于数据的发送或接收。 3）SCL：串行时钟。串行时钟输入管脚用于产生器件所有数据发送或接收的时钟这是一个输入管脚。4）WP：写保护端。如果WP管脚连接到VCC 所有的内容都被写保护只能读；当WP 管脚连接到VSS 或悬空时允许器件进行正常的读/写操作。5）VCC ：工作电压，一般接+5V。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 20 页6）VSS ：接电源地。 图 3.17 AT24C02 连接图3.9 复位电路在 AT89S52 单片机中的振荡器运行时，引脚RST上保持到少 2 个机器周期的高电平输入信号，复位过程即可完成。根据此原理，本设计采用上电复位和按键复位嵌套在系统中，增强了系统的实用性。本设计具体的复位电路 图 3.18 复位电路连接图如图 3.18 所示。 3.10 晶振电路AT89S52 在工作时需要外部提供时钟信号，因此，本设计选择在其 18 脚19 脚之间接上 12MHz 的晶振，为单片机提供 1s 的机器振荡周期。其电路连接图如图 3.19 所示。在图中，电容器 1C2，1C3 起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在 2050pF。 图 3.19 晶振电路连接图3.11 系统电源供电电路 本设计中采用二极管 1N4007 整流后，经过 9C3 和 9C1 进行滤波和去耦，得到平稳的直流电（大于+5V），直流电经过三端稳压器 LM7805 稳压后再经过 9C4 和9C2 进行再次滤波和去耦，最后输出比较稳定的+5V 电压。其中 9C3 和 9C4 滤波的作用的是消除电源的纹波特性，9C1 和 9C2 去耦的作用是为了改善负载的瞬态响应、防止产生自激振荡和减少高频噪声。图 3.20 所示为系统电源供电电路连接图。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 21 页图 3.20 系统电源供电电路连接图贵州大学本科毕业论文(设计) 第 22 页第四章 系统的软件设计 系统软件的设计包括中断服务程序、录音/放音控制程序及主程序的设计组成。4.1 中断服务程序在 CPU 工作的同时，它也在查询是否有中断信号（低电平有效）的产生，0INT当检查到有中断信号时，CPU 发出让 ISP2590 停止工作的控制信号，置 PD 和端CE为高电平，此时放音结束，系统返回到相应的主程序。图 4.1 为本设计使用的中断服务程序流程图。P3.0=0？置 PD 和端为 1CE中断返回中断查询NY图 4.1 中断服务程序流程图中断主程序如下：ORG 0003H;中断地址LJMP ZHONGDUAN;跳至中断程序处SETB EX0;开放外部中断 0，设置为低中断SETB EA ;开放总中断（） ;系统主程序ZHONGDUAN:SETB CE;置片选端为 1,ISD2590 进入不工作状态SETB PD;使 ISD2590 进入节能功耗状态RETI;中断返回贵州大学本科毕业论文(设计) 第 23 页 4.2 录音/放音控制程序录音/放音控制是由语音芯片电路部分中的 5S1 拨码开关控制的。当主程序识别到有按键按下并进行消抖动处理后再次确认有按键按下，这时 CPU 查询相应按键的功能并通过比较当前的站号对 ISP2590 进行片选和地址选择控制，让 ISP2590 进行录音/放音工作。此时 ISP2590 如果检测到 27 脚（）是低电平，则让REPlay/ISP2590 工作在录音状态，录音地址由 CPU 进行控制选择；如果检测到是高电平，则让 ISP2590 工作在放音状态，此时 ISP2590 发出当前站号的录音信号。录音信号通过功放块 LM386 提高音量之后驱动扬声器工作。图 4.2 是本设计使用的录音控制程序设计流程图。PD 和端为 1？CEN等待单片机输出控制信号PD 和端为 0?CE=0？REPlay/播放当前地址语音信息收集当前录音信息PD 和端为 1？CENYY结束放音结束录音NYNY图 4.2 录音控制程序设计流程图贵州大学本科毕业论文(设计) 第 24 页4.3 主程序设计 系统的主程序设计是用来控制整个系统运行时的时序工作状态，因此，完善的程序设计是本设计的重点内容。图 4.3 是本设计使用的主程序设计流程图。图 4.3 主程序设计流程图 第五章 系统的制作、焊接与调试本章主要介绍了基于单片机公交车语音报站器设计系统的制作、焊接、调试及安装。5.1 系统的制作通过以上的几章的介绍和说明，按照电子工艺的操作工程开始制作电路板。1）根据电路原理图，去电子市场买好相应的元件，并根据各自元件的封装，画好系统的 PCB 图。2）根据系统的 PCB 图，制作好电路板。3）按照系统的安装图把元件安装在电路板上。5.2 系统的焊接在元件的焊接过程中，需要注意几点事项：1）先焊接跳线，再焊接个子较低的元件，最后焊接体积大的，个子高的元件及飞线。2）在焊接过程中，要注意焊接的质量，避免有空焊、虚焊、桥接等焊接质量问题的出现。3）极性元件在安装焊接的时候一定要注意极性是否和原理图上的相对应，特别是电解电容和二极管。中断返回设置时间有键按下？开始初始化P1.0=0？去向主程序回向主程序YNP1.0=0？P1.0=1？YYNN有键按下？延时再次判有键按下？YYYYNNNN延时再次判有键按下？中断返回下一站确认？NY查询比较站号输出控制信号返回去向主程序上一站重复报站YYYNNN等待时间设置和去向控制程序相似（略）贵州大学本科毕业论文(设计) 第 25 页5.3 系统的调试按照上面的步骤，系统在正常的情况下安装并焊接完成。在调试前，先检测系统的 VCC 和 GND 之间是否有短路和断路现象，如果有，用万用表检查故障原因并维修好，直到把故障消除。然后按照设计结构电路分别对各电路结构进行检测。1）电源电路的调试：前工序做好了，把变压器输出的交流 9V 电源接在 PCB 板上的 9J2（AC）插座上，观察电源指示灯是否正常点亮，如果正常点亮，则说明电源部分电路正常；否则检测电源电路故障，直到电源指示灯正常点亮。2）MCU 微控制器电路、LCD1602 液晶显示器、按键部分以及 DS1302 电路的调试：接通电源开关，通过连接在 PCB 板上的串口和 PC 机上的 USB 接口之间的下载连接线程序烧入单片机中，再根据系统的控制要求对各个部分进行检测。检测的要求包括 AT89S52 工作是否正常、LCD1602 显示是否正常、时间的显示是否正常、按键的控制是否符合系统的控制要求。3）功放电路和语音芯片电路的检测：在接通电源的情况下，给 LM386 的 3 脚加上外接的音频信号，接上扬声器，看扬声器是否有正常的声音播出。如果正常，则说明功放正常，否则维修功放部分电路，直到正常为止。语音芯片在录音时，将其外围电路中的 5S1 拨码开关的第 1 脚和第 4 脚接通，让 27 脚（）为低电平，然后通过单片机的程序控制对其进行不同地址的录REPlay/音，为了确定录音是否正常，建议多录几段。放音时，将 5S1 拨码开关的第 1 脚和第 4 脚断开，让 27 脚（）为高电平，然后通过单片机的程序控制对其进行REPlay/不同地址的段的放音，为了确定放音是否正常，建议多放几段。对以上各个部分检测完并确定都正常后，至此，系统的整过制作过程结束；否则，要对其相应的部分做维修处理，直到一切都正常为止。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 26 页设计总结通过这次对基于单片机公交车语音报站器设计的设计与制作过程，让我更清楚了该次设计的流程，更加懂得该设计中各个电路部分的作用以及各元件的基本功能。在布电路的 PCB 时，我结合自己的经验以及布线的规则，我将 PCB 图布为单面板，两边焊接元件。这样做的目的一方面可以节约 PCB 板面积，另一方面也增加设计的美观。同时也让我了解到一个科研项目的设计和制作离不开科研人员自身的经验和对电路知识的掌握程度。这次设计让我更清楚地知道了该设计的工作原理。本系统通过单片机 AT89S52 作为整过系统的 CPU 控制，通过 ISP2590 语音芯片建立语音信息库，由按键来选择其语音地址信息并利用功放块 LM386 驱动扬声器播放语音信息。LCD1602 液晶显示器显示除当前时间外，还显示当前站号和公交车的方向，这有利于司机能时时掌握最新的信息，方便于司机的驾驶。这次设计同时还有以下自己的创新点：1）PCB 为单层板，双面焊接元件，这样的作用一方面节约覆铜板，另一方面美观。2）核心元件布在电路板的中间，相同功能区域的元件排在主芯片的外围，方便于调试和维修。3）电源接口采用交流和直流插座，可以方便于电源的连接。4）采用 LCD1602 液晶显示器作为本次设计的显示模块，这充分利用了LCD1602 的显示功能，让其在该系统中显示更丰富的内容，同时也给司机在驾驶过程中提供了更好的信息获取渠道。5）采用 ISP2590P 语音芯片作为本次设计的语音模块，这充分利用了其控制的特性。只要放音结束时单片机检测到其 25 脚（）有低电平变化时，便使芯片EOM的 23 脚（）和 24 脚（PD）置高电平，芯片进入节能模式，从而降低了整个系CE统的功耗。贵州大学本科毕业论文(设计) 第 27 页参考文献1 张俊谟编著.单片机中级教程单片机基础M.第二版.北京:北京航空航天大学出版社，2006.1286.2 韩志军,沈晋源，王振波.单片机应用系统设计入门向导与设计实例M.第一版. 北京：机械工业出版社，2005.6487.3 钟富昭,张晨. 8051 单片机典型模块设计与应用M.第一版. 北京：人民邮电出版社，2007.5672.4 江思敏,姚鹏翼,胡荣编著. Protel 电路设计教程M.第一版.北京：清华大学出版社，2002.1158.5 胡汉才编著.单片机原理及其接口技术M.第四版.北京:清华大学出版社,2005.103210.6 求是科技编著.单片机典型模块设计实例导航M.第二版.北京:人民邮电出版社,2004. 56106.7 吴慎山编著.电子线路设计与实践M.第一版.北京：电子工业出版社，2005.5878.8 李银华,王新全,江泳副编著.电子线路设计指导M.第一版.北京：北京航空航天大学出版社，2005.68109.9 王卫平编著.电子工业基础M. 第一版. 北京：电子工业出版社，2003.93106.10 康华光,陈大钦,张林编著.电子技术基础模拟部分M. 第五版. 北京：高等教育出版社，2006.1565.11 阎石编著.数字电子技术基础M.第五版.北京：高等教育出版社，2006.1550.12 任致程编著.语音录放和识别集成电路运用与制作实例M.第二版.北京：人民邮电出版社，1999.162189.13 黄智伟编著.全国大学生电子设计竞赛电路M. 第一版.北京：航空航天大学出版社，2006.3678.14 谢自美编著.电子线路综合设计M.第三版.武汉：华中科技大学出版社，2006.2968.15 王港元编著.电工电子实践指导M.第三版.江西：江西科学技术出版社，2005.3348.16 吴金戌,沈金阳,郭庭吉编著.8051 单片机实践与应用M.第四版.北京：清华大学出版社，2007.5678.17 求是科技编著.单片机典型模块设计实例导航M.第二版.北京：人民邮电出版社，2004.56106.贵州大学本科毕业论文(设计) 第 28 页致谢光阴似箭，大学四年的时光在转眼之间就过去了，在这大学四年中，我得到院领导和老师对我的谆谆教诲和帮助，让我一方面学到了书本上的知识，懂得怎样去解决一个难题，另一方面让我学到了关于社会实践的一些经验，这对于即将踏入社会的我来说是一笔难得的财富。当然，对于本专业的知识我学得不够扎实，但是四年的学习生活中我从来没有放弃过，四年中我没有挂过任何一门科目。同时，这在大学四年中，我得到了老师的指导，让我学会了 MC-51 系列单片机的工作原理及其相关的电路设计、控制系统的分析以及控制系统的软件编写等。这次的毕业设计能够顺利完成，完全离不开学校和老师的帮助。感谢学校能给我提供一个这么好的学习环境和学习基